Hybride magnetische Materialien - mikroskopische Ursachen, makroskopische Wirkungen
Intrinsische magnetische Kenngrößen wie die magnetische Anisotropie, die Grenzflächen- und die Zwischenschicht-Austauschkopplung hängen wesentlich von der mikroskopischen Struktur der untersuchten Schichtsysteme ab. Dabei spielen Nahordnungsphänomene im Fall von amorphen weichmagnetischen Legierungen oder Grenzflächenrauhigkeiten im Fall von gekoppelten Schichtsystemen eine entscheidende Rolle. Eine lokale Änderung der Magnetisierungsrichtung und damit das Auftreten von magnetischen Domänen können jedoch nur auf einer Längenskala oberhalb der magnetischen Korrelations-länge (üblicherweise ~ 10 - 1000 nm) des entsprechenden Materials auftreten. Mit Hilfe von Ionenbestrahlungstechniken lassen sich die strukturellen Ursachen der oben genannten Kenngrößen auf einer Längenskala vergleichbar mit oder unterhalb der Austauschlänge modifizieren. Da eine lokale Variation der Magnetisierungsrichtung nur bedingt möglich ist wirkt das Schichtsystem wie ein effektives Medium mit makroskopisch modifizierten Eigenschaften - man spricht von Hybridmaterialien.
In diesem Forschungsgebiet wird der Übergang von rein magnetisch strukturierten Schichten zu magnetischen Hybridmaterialien systematisch untersucht werden. Die mikromagnetische Domänen- oder Domänenwandstruktur einerseits und die makroskopisch gemessenen Werte für das effektive magnetische Anisotropiefeld und das Koerzitivfeld andererseits hängen dabei entscheidend von den Strukturierungsgrößen und -mustern ab. Die Erforschung dieses funktionalen Zusammenhangs steht im Mittelpunkt der Untersuchungen. Die Skalierbarkeit der gewonnenen Erkenntnisse wird durch Vergleich verschiedener Materialsysteme mit unterschiedlichen Austauschkorrelationslängen untersucht werden.
Rein magnetische Strukturierung durch Energieeintrag (Ionenbestrahlung)
Nachfolgend sind einige Beispiele aufgeführt bei denen der Energieeintrag der Ionen zu einer lokalen Modifikation der Grenzflächenmorphologie oder der Nahordnung und somit zu der beobachteten Veränderung der entsprechenden magnetischen Kenngrößen führt:
Rein magnetische Strukturierung durch Dotierung magnetischer Schichten mittels Ionenimplantation
Im Gegensatz zur rein magnetischen Strukturierung durch den Energieeintrag der Ionen werden hier gezielt Elemente lokal in eine dünne Schicht implantiert um so deren magnetische Eigenschaften zu modifizieren.
- Sättigungsmagnetisierung
- Curie-Temperatur
- Koerzitivfeld
- Magnetische Dämpfung
Publikationen:
1. Tailoring Magnetism by Light Ion Irradiation
J. Fassbender, D. Ravelosona, Y. Samson
J. Phys. D: Applied Physics 37, R179 (2004). (Link to Journal)
2. Magnetic anisotropy and domain patterning of amorphous films by He-ion irradiation
J. McCord, T. Gemming, L. Schultz, J. Fassbender, M. O. Liedke, M. Frommberger, E. Quandt
Appl. Phys. Lett., 86, 162502 (2005).
3. Domain structure of magnetically micro-patterned PtMn/NiFe exchange biased bilayers
K. Potzger, L. Bischoff, M. O. Liedke, B. Hillebrands, M. Rickart, P. P. Freitas, J. McCord, J. Fassbender
IEEE Trans. Magn. 41, 3610 (2005).
4. Magnetic domains and magnetization reversal of ion-induced magnetically patterned RKKY-coupled Ni81Fe19/Ru/Co90Fe10 films
J. Fassbender, L. Bischoff, R. Mattheis, P. Fischer
J. Appl. Phys., submitted (2005).
Poster
1. Magnetic domain structure of magnetically micro-patterned PtMn/NiFe exchange bi-ased bilayers
K. Potzger, L. Bischoff, M. O. Liedke, B. Hillebrands, M. Rickart, P. P. Freitas, J. McCord, J. Fassbender
International Magnetics Conference, Intermag 2005, Nagoya, Japan.
2. Magnetic properties and domain formation in amorphous films anisotropy patterned by ion irradiation
J. McCord, J. Fassbender, M. Frommberger, M. O. Liedke, R. Schäfer, E. Quandt
International Magnetics Conference, Intermag 2005, Nagoya, Japan.
3. Tailoring magnetic properties of permalloy by means of Cr implantation
J. Fassbender, J. McCord, R. Mattheis, K. Potzger, A. Mücklich, J. von Borany
Heraeus Seminar "Ions at Surfaces: Patterns and Processes", Bad Honnef, Germany, 2005.
